Проверка и уточнение принятых размеров поперечного сечения магистрального канала

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

КАФЕДРА СУДОВОЖДЕНИЕ

«ДОПУСКАЮ К ЗАЩИТЕ»

руководитель курсовой работы

профессор кафедры

_______________ И.И.Гордеев

«____» ноября2013г.

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: Гидравлический расчет судоходного канала

Дисциплина: «Водные пути и гидротехнические сооружения»

Специальность: 180403.65 – «Судовождение»

Работу выполнил

Студент группы СВ-21

Музафаров Игорь Андреевич

Руководитель курсовой работы

Профессор кафедры «Судовождение»,

к.т.н., доцент Гордеев Игорь Иванович

Москва 2013

Содержание

Исходные данные……………………………………………………………2

Введение……………………………………………………………………..3-4

1. Расчет магистрального канала………………….………………………..5

1.1 Расчет прямолинейного участка магистрального канала.……..5

1.2 Назначение предварительных размеров поперечного сечения канала …………………………………………………………..……..5-6

1.3 Проверка и уточнение принятых размеров поперечного сечения магистрального канала ………………………………………………6-11

1.4 Определение границ крепления откосов канала………………..11-13

1.5 Расчет криволинейного участка магистрального канала……….13-14

2. Расчет подходного канала…………………………….……………..……15-20

Заключение………………………………… ………………………….…...21

Список используемой литературы…………………………………………..22

Исходные данные

1. Уровни воды в бьефах:

hВБ = 55м; hНБ = 41м.

2. Основные расчетные размеры судов:

а) грузовое судно:

L_c = 138,0м; Т_с = 3,6м; b_c = 17,0м

б) пассажирское судно:

L_c = 65,0м; Т_с = 1,9м; b_c = 9,4м

в) толкачи:

L_c = ___ м; Т_с =___ м; b_c =___ м

г) баржи или приставки:

L_c =___ м; Т_с =___ м; b_c =___ м

3. Расчетная скорость движения судов в канале:

а) грузовые

V_c = 10,6км/ч;

б) пассажирские

V_c = 15,0км/ч

4. Скорость выхода грузового судна из шлюза в НБ, V_в = 1м/с.

5. Грунт ложа канала.

6. Схема подходного канала.

7. Средняя высота надводного борта судна, h_б = 1,7м.

8. Водоизмещение судна õ = 0,75.

9. Схема размещения судов и составов в камере шлюзов.

Введение

Водный канал (лат. canalis — труба, жёлоб) — искусственная водная артерия, предназначенная для сокращения водных маршрутов или для перенаправления потока воды.

Существует два основных назначения канала:

- ирригационное, канал используется для доставки или отвода воды

каналы,

- транспортные функции, например для доставки грузов или людей.

Зачастую каналы совмещают в себе обе функции.

Цель создания судоходного канала — соединение бассейнов двух водоёмов в случае отсутствия такового, сокращение пути между двумя водоёмами, обеспечение гарантированного судоходства, решение проблемы транспортной доступности по водным путям пунктов назначения, создание экономически выгодных путей транспортировки.

Судоходные каналы — пресноводные и морские, — которые соединяют реки, озёра и моря, рассчитаны, как правило, на всевозможный водный транспорт — от маленьких лодок до огромных сухогрузов. Судоходные каналы подразделяются на открытые и шлюзованные. Первые из них соединяют водные пути с одинаковым уровнем воды, вторые — водоёмы с разными уровнями.

Главными характеристиками канала является форма и размер его живого сечения, то есть поперечного сечения потока. Форма каналов может быть разнообразной. Часто применяются каналы трапецеидального и полигонального очертания.

Судоходный шлюз — гидротехническое сооружение на судоходных и водных путях для обеспечения перехода судов из одного водного бассейна (бьефа) в другой с различными уровнями воды в них. С двух сторон ограничен затворами, между которыми располагается смежная камера, позволяющая варьировать уровень воды в её пределах.

Целью курсовой работы является изучение специфики плавания по каналам внутренних водных путей.

Основная задача курсовой работы - освоить методику расчета магистрального и подходного канала. Исследуются вопросы устойчивости русел каналов к размыву в нижнем и верхнем бьефах за сопрягающими сооружениями.

Расчет магистрального канала

Расчет прямолинейного участка магистрального канала

Поперечное сечение канала в нескальных грунтах рекомендуется принимать полигонального очертания, симметричным относительно продольной оси канала, с креплением откосов, как это показано на рис.1.

Переход от одного заложения откоса к другому делается на уровне низа основного крепления.

Методика расчета поперечного сечения канала основана на предварительном назначении его размеров с их последующей корректировкой.

Назначение предварительных размеров поперечного сечения канала

Предварительные размеры поперечного сечения канала назначаются исходя из следующих условий:

1. Глубина в канале должна превышать осадку расчетного грузового судна не менее, чем на 30%, т.е. по СНиП 2.06.01-86г.

Н_к=1,3Т_с (1)

Н_к=1,3*3,6м=4,68м

где Тс – осадка расчетного грузового судна.

Таким образом глубина канала должна составлять 5,0м.

2. Ширина канала по дну В₀ из условия безопасного расхождения встречных судов принимается равной

В₀=2,6b_c(2)

В₀=2,6*17,0=44,2м

где b_c – ширина расчетного судна.

3. В нескальных грунтах заложения откосов судоходных каналов рекомендуется принимать:

· подводные от дна до низа основного крепления m₁=4…5

· в пределах основного крепления m₂=2,5…3,5

· надводные m₃=1,5…2

4. Заглубление низа основного крепления под низший судоходный уровень (h_нк) принимается равным 2м (предварительно).

По вычисленным и принятым основным размерам строится поперечное сечение канала (на масштабно-координатной бумаге) и определяются:

· Ширина канала по урезу В, м;

· Ширина канала на уровне осадки расчетного судна Вос, м;

· Площадь живого (поперечного занятого водой) сечения канала Ω, м².

Рис.1. Поперечное сечение канала полигонального очертания

Проверка и уточнение принятых размеров поперечного сечения магистрального канала

Установленное в разделе 1.2. предварительное сечение канала проверяется и, если это требуется по результатам проверки, корректируется в соответствии с нижеизложенной методикой:

1. Коэффициент стеснения живого сечения канала не должен превышать значение 0,20 (СНиП 2.06.01-86г.), т.е.

k = ω_с/Ω ≤ 0,2 (3)

где ω_с = αb_cT_c – площадь погруженной части сечения расчетного судна по мидельшпангоуту.

Здесь α – коэффициент полноты сечения судна по мидельшпангоуту.

В курсовом проекте принимаем:

α = 0,98 – для грузотеплоходов и барж;

α = 0,85 – для пассажирских судов.

Если условие (3) не выполняется, то необходимо увеличить глубину канала. Увеличение глубины производится с шагом 0,5м до глубины 5,5м.

Если условие (3) не будет соблюдено при глубине 5,5м, то увеличивается ширина канала по дну последовательно на 5-10м.

2. Расчетная скорость судна (V_c) должна соответствовать условию

V_c ≤ 0,9V_кр (4)

Здесь V_кр – критическая скорость движения судна по каналу, определяемая по зависимости:

V_кр = (8cos³1/3[π + arcos(1 – k)])^0,5(gΩ/B)^0,5 (5)

Если условие (4) не выполняется, то увеличивают глубину канала, а затем и ширину, если это необходимо. π = 180^о; g = 9,81м/с².

3. Глубина канала должна удовлетворять условию:

Н_к ≥ Т_с + Δh₀ + Δh_ос + Δh_в + Δh_с + Δh_з, (6)

где Δh₀ – навигационный запас под днищем, принимаемый для нескальных грунтов равным 0,20м, для скальных – 0,35м;

Δh_ос – дополнительная осадка судна с дифферентом на корму при его движении.

Δh_ос = α ΔН (7)

где α – коэффициент, зависящий от размеров судна, принимаемый в соответствии с таблицей 1.;

ΔН – среднее понижение уровня воды в кaнале при движении судна.

ΔН = (V₁² – V_c²)/2g (8)

где V₁ – средняя скорость потока обтекания относительно судна.

V₁ = 1,16[(1 – k)+Fr₀²]^0,5cos1/3{π+arcos(2,6Fr₀/[(1-k)+Fr₀²]^1,5)}(2gH_k)^0,5, ( 9)

где Fr₀ = V_c/(2gH_к)^0,5

Δh_в = 0,3h_вв – Δh₀ – запас на ветровое волнение.

Здесь h_вв – высота ветровой волны.

Если Δh_в ≤ 0, то принимается Δh₀=0.

Δh_с = h_с – Δh₀ – запас на ветровой сгон воды в канале.

Здесь h_с – наибольшая величина сгона воды в канале.

Если Δh_с ≤ 0, то принимается Δh_с=0.

Δh_з– запас на заносимость.

В курсовой работе принимаем

Δh_в = Δh_с = Δh_з = 0

Значения коэффициента α в формуле (7)

4. Ширина канала В_ос на уровне грузовой осадки расчетного судна

должна быть не менее ширины В_∂, вычисленной по формуле (10) с учетом отклонения судна от курса вследствии рысканья или дрейфа под действием ветра и течения.

В_∂ = η(I_csinθ + b_ccosθ + 0,2b_c) (10)

где η – коэффициент, принимаемый для одностороннего движения судов равный 1,15, для двустороннего – 2,0;

θ – угол дрейфа, вычисляемый по формуле (11) и принимаемый не менее 2.

θ = arctg{[(V_поп)_т + (V_поп)_в]/ V_с}, (11)

где V_с – скорость движения грузовых судов при их расхождении (принимается равной заданной скорости движения по каналу);

(V_поп)_т, (V_поп)_в – скорости перемещения судна нормально к оси судового хода соответствено от действия поперечного течения воды в канале и от действия ветра.

(V_поп)_т принять равной 0,25м/с (снос).

Поперечная составляющая скорости дрейфа судна определяется из условия, что сила давления ветра на площадь надводной части корпуса судна с надстройками равна величине силы сопротивления воды движению судна лагом:

С(V_в²/16)ω_в = αβ(γ/g)ω_л(V_поп)_в² (12)

где С – аэродинамический коэффициент, для грузового судна С=1,4;

V_в – нормальная к оси канала составляющая скорости ветра, V_в=12м/с;

ω_в, ω_л – площади корпуса судна в диаметральной плоскости соответственно надводной и подводной частей;

ω_в = I_ch_б;

ω_л = 0,9I_cT_c

для грузового судна

ω_в = 138*1,7 = 234,6м²;

ω_л = 0,9*138*3,6 = 447,12м²

для пассажирского

ω_в = 65*1,7 = 110,5м²;

ω_л = 0,9*65*1,9 = 111,15м²

h_б – средняя высота надводного борта (см. исходные данные 1,7м);

β – коэффициент, учитывающий влияние ограниченной глубины в канале на сопротивление движению судна лагом.

β = (Н_к/[Н_к - Т_с])^3/2

α – коэффициент сопротивления равный ≈0,5 для безграничного форватера;

γ – удельный вес воды, γ=1000^кг.с/_м³

Если ширина канала В_ос окажется меньше, чем В_∂, вычисленная по формуле (10), то следует увеличить ширину канала по дну.

Учет действия поперечного течения на судно производится на участках расположения водосбросных и водозаборных сооружений, а также на криволинейных участках судоходных каналов.

С целью оценки влияния бокового течения (сноса) на угол дрейфа и, как следствие, на увеличение ширины канала, в курсовой работе проверку ширины канала на уровне грузовой осадки расчетного судна произведем дважды:

- с учетом бокового течения (V_поп)_т=0,25м/с;

- без учета бокового течения (сноса) (V_поп)_т=0м/с.

Для дальнейших расчетов принимаем результат, полученный при (V_поп)_т=0.

5. Скорость потока обтекания относительно берега V_б, соответствующая

принятой скорости движения расчетного судна, не должна размывать ложе канала, т.е.

V_б ≤ 1,2V_нр (13)

где V_б = V₁ – V_с;

V_нр – неразмывающая скорость грунтов ложа канала (см. табл.1)

Таблица 1. Неразмывающие скорости для грунтов ложа канала

Если условие (13) не выполняется, то или укрепляют подводные откосы с заложением m₁ трудноразмываемым грунтом, либо увеличивают сечение канала.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: